Erfolgreiche transtracheale Lungenbeatmung mittels eines bi-direktionalen Venturi-Ventils in vitro (mechanische Lunge) sowie in vivo (Schweine-Modell)

Es gibt Notfallsituationen, in denen es unmöglich ist, den Patienten mittels einer Beatmungsmaske, Larynxmaske oder einem endotrachealen Tubus im herkömmlichen Weg zu beatmen. Oft handelt es sich um mechanische Behinderungen der oberen Atemwege oder Verletzungen, die es unmöglich machen an die Gesichtsregion, und insbesondere den Mund heranzukommen.Da eine Cricothyreotomie nicht zum angewandten Standardverfahren der meisten Mediziner gehört, wird die perkutane Punktionstracheotomie vielerorts favorisiert. Durch eine transtracheale Jet Ventilation ist zwar eine „aktive“ verstärkte Inspiration möglich, jedoch erlaubt die Standard-Ausrüstung lediglich eine „passive“ Exspiration über die evtl. noch minimal offenen oberen Atemwege des Patienten oder die sehr enge transtracheale Kanüle. Folge kann ein Barotrauma bei komplettem Verschluss der oberen Atemwege sein. Anhand dieser Studie soll gezeigt werden, dass mittels eines einfach zu handhabenden Beatmungsventils , welches als Venturi-Ventil funktioniert, sowohl eine adäquate „aktive“ Inspiration, als auch eine ausreichende „aktive“ Exspiration möglich ist um einen Patienten sicher zu beatmen und die Notfallsituation zu überbrücken. Methoden: Zunächst wurde das neu gestaltete Beatmungsventil an der mechanischen Lunge getestet mit jeweils variabel einstellbaren und wechselnden Gas-Flows, Widerständen und System-Compliances die Zeit gemessen, die sowohl mit als auch ohne Ventil notwendig war, um die mechanische Lunge mit 1 Liter zu befüllen („aktive“ Inspiration ) beziehungsweise hiernach wieder zu entlüften („aktive“ bzw. ohne Ventil als „passive Exspiration). Jede unterschiedliche Kombination betreffend Gas-Flow, Widerstand und System-Compliance wurde dreimal identisch wiederholt. Ebenso wurden alle Experimente sowohl mit einer 12-Gauge als auch mit einer 16-Gauge Kanüle durchgeführt. Ein druckkompensiertes Flow-Messgerät war ebenso angeschlossen. In einer weiteren Versuchsreihe wurden 5 Schweine mit unterschiedlichen Inspiration-/Exspirationszeit-Verhältnissen beatmet. Bezüglich dem Gas-Flow, dem Widerstand und der System-Compliance wurden sowohl unvorteilhafte als auch optimalere Grundvoraussetzungen als Ausgangssituation gestellt. Die primären Messgrößen dieser Versuche waren die arteriellen Blutgaskonzentrationen von PaCO2 und PaO2. Ergebnisse: Anhand der Versuche mit der mechanischen Lunge zeigte sich, dass ein höheres Minutenvolumen durch das Venturi-Gerät durch die beschleunigte Exspiration möglich ist als bei spontaner, „passiver“ Exspiration. Die durchgeführten Versuche mit narkotisierten Schweinen zeigten zunächst, dass die arteriellen Blutgaskonzentrationen von PaCO2 und PaO2 zu Beginn der Beatmung stets anstiegen, um dann für über eine Stunde konstant zu bleiben (PaO2 470 ± 86,8 mmHg; PaCO2 63,0 ± 7,2 mmHg). Alle Schweine konnten über die Dauer von 60 Minuten mittels des Venturi-Ventil-Systems adäquat beatmet werden. Der maximale Trachealdruck blieb unter 10 cm Wassersäule. Ebenso zeigte sich, dass der mittlere arterielle Blutdruck sowie die Auswurffraktion des Herzens von den verschiedenen Beatmungs-Manövern unbeeinflusst blieben. Diskussion: Bei Durchführung der Versuche mit der mechanischen Lunge sowie mit den ausgewachsenen Schweinen konnte beobachtet werden, dass durch eine transtracheale 16-Gauge-Kanüle für eine längere Zeit in Kombination mit dem Venturi-Ventil eine ausreichende Lungen-Beatmung erreicht werden kann. Über alle Versuche hat sich gezeigt, dass eine „aktive“ Exspiration die Beatmung über einen längeren Zeitraum erlaubt und somit die Gefahr einer Lungenüberblähung und eines Barotraumas optimal verhindert.Lung ventilation through a thin transtracheal cannula may be attempted in patients with laryngeal stenosis or "cannot intubate, cannot ventilate" situations. It may be impossible to achieve adequate ventilation if the lungs are spontaneously emptying only through the thin transtracheal cannula that imposes high resistance to airflow, resulting in dangerous hyperinflation. Objectives: We constructed a venturi pump that may be used as a bi-directional valve that, if supplied with a pressurized gas source, could provide active inflation and deflation of the lungs. Methods: The capacitiy of such an apparatus was tested in vitro using mechanical lungs in combination with two different cannula sizes and various gas flow. The apparatus was then tested in five pigs using a transtracheal 16 Gauge cannula with different predefined inspiratory/exspiratory times and gas flow modes. Measurements and Main Result: In the mechanical lungs, the apparatus permitted remarkably higher minute volumes compared to spontaneous lung emtpying. In vivo, the arterial oxygen and carbon dioxide partial pressure increased to remain then stable over one hour (Pa02 470.8 +/- 86.8 mmHg; PaCO2 63.0 +/- 7.2 mmHg). The peak inspiratory pressures measured in the trachea remained below 10 cm H20 and did not substantially influence central venous and pulmonary artery pressures. Mean arterial pressure and cardiac output were unaffected by the venturi ventilation. Conclusions: The present study demonstrated in vitro an in vivo in adult pigs, that satisfactory lung ventilation can be assured with transtracheal ventilation through a 16 Gauge cannula for a prolonged period of time if combined with a bi-directional venturi apparatus